01 湿热地区建筑热环境
湿热地区教学建筑公共空间夏季热环境实测分析
绿色建筑2021年9月第18卷总第402期湿热地区教学建筑公共空间夏季热环境实测分析程西豪，何 江，蒙泳君，邱均沐，黄南雄，李一刚（广西大学土木建筑工程学院，广西南宁 530004）摘要：教学建筑公共空间的热环境影响了师生们课余交往休憩的舒适性及室内空调能耗。
为获知湿热地区教学建筑各类公共空间的夏季热舒适度现状，以广西大学第四教学建筑为研究对象，选取夏季典型晴天日，对室外、半室外与室内的公共空间进行热环境实测，获取空气温度、空气湿度、风速、WBGT、表面温度等热环境参数。
根据实测结果可知：遮阳与下垫面材料是影响室外公共空间热环境的主要因素；所处方位及其周围的热环境状况会影响半室外公共空间的舒适性；通风状况则是影响室内公共空间闷热程度的主要因素。
根据实测结果对比不同因素对各类公共空间热舒适的影响程度并提出相应的改善建议。
本研究为湿热地区教学建筑公共空间的热环境改善设计提供数据支持及参考。
关键词：湿热地区；教学建筑；公共空间；热环境［中图分类号］TU111 ［文献标识码］A DOI：10.19892/ki.csjz.2021.25.02Summer Measurement and Analysis for the Thermal Environment of Public Space in University Teaching Building with Hot-Humid ClimateCheng Xihao, He Jiang, Meng Yongjun, Qiu Junmu, Huang Nanxiong, Li Yigang(Civil Engineering and Architectural College, Guangxi University, Nanning Guangxi 530004, China)Abstract: Public spaces of teaching buildings in university are important places for teachers and students to communicate and relax. Thermal environment of these places affects human comfort and energy consumption. In order to understand the thermal environment of public spaces in teaching buildings, field measurements were conducted in a teaching building in Guangxi University. Environmental parameters (air temperature, relative humidity, air velocity, WBGT and surface temperature) were measured in different types public spaces.The measurement results shows that: shading facilities and underlying surface materials are the main factors affecting the thermal environment of outdoor public space, location and the surrounding thermal environment affects the comfort of the semi-outdoor public space, ventilation condition is the main factor that affects the comfort of indoor public space. The influence of different factors on the thermal comfort of various public spaces were analyzed, then the improvement suggestions were made. This study provides data support and guidance for the thermal environment improvement design in public space of teaching buildings with hot-humid climate.Key words: hot-humid climate; teaching buildings; public sapces; thermal environment1引言教学建筑是高校师生学习、工作和交流的主要场所，教室、办公室之外的公共空间如走廊、庭院、门厅等则为师生们提供了课余交往与休憩的空间。
建筑热环境的改善方法浅析
建筑热环境的改善方法浅析1.湿热地区在住宅区的各种环境中，和人们的生活联系最紧密的就是热环境，它直接影响着人们的身体感受和健康。
随着生活水平的日益提高，人们对居住区室外热环境的舒适程度要求也越来越高。
本文针对湿热地区，提出改善住宅热环境舒适性的途径。
湿热地区气候特征为：冬季潮湿多雾、日照少，夏季炎热高温、湿度大、风速小，夜间不易退凉，无风而闷热，而且湿热地区往往地形、地貌较复杂，易形成局部小气候。
因此，通风与隔热遮阳是湿热地区住宅设计要解决的主要矛盾。
通过规划设计和单体设计可以改善居住热环境的舒适性。
2.规划设计2.1建筑选址一定区域内的地理位置和生物气候条件对城市居住环境的舒适性有着长期影响。
对位于炎热潮湿和多雨气候地区的新区规划或旧城改造项目，应选择那些温度较低、通风良好以及周边地形特征适于自然排水的地方，并避免将密集的住区或商业街区建造在洪水易发地段。
选择通风良好的区域，可避免因地形等条件所导致的空气滞留。
良好的通风对湿热地区居民的舒适性而言是至关重要的，除了积极利用自然风外，也应依靠地形地貌变化产生的局地风。
在无风的夜晚，山谷的坡度可使气流向下运动产生谷地风，而沿海或滨水地区则可受益于白天及夜间生成的水陆风。
值得注意的是，水是个非常好的能够带走热量的介质，为了改善城市整体环境，应尽可能少地在江边建设高层建筑，且建筑要与江边保持一定的距离，充分发挥流动的水能带走热量的优势。
2.2建筑布局合理设计小区的建筑布局，可形成优化微气候的良好界面。
建筑群布局应尽量采取错列或斜列式，可使风从斜向导入建筑群内部；有时也可结合地形采用自由排列是的方式。
当建筑呈一字平直排开而体型较长时，应在前排住宅适当位置设置过街楼以加强自然通风。
在立体布置方面，可采取“前低后高”和有规律低“高低错落”处理方式。
不建议采用中间低四周高的小区布置方案，因为在中间低矮建筑处会形成很大的风影区。
2.3建筑间距及朝向在确定住宅间距时，日照间距是一个重要的因素。
第四章 建筑环境中的热湿环境
第二节 建筑围护结构的热湿传递
一、通过围护结构的显热得热
t z tair oIu t
第一节 太阳辐射对建筑物的热作用
三、夜间辐射
由于夜间无太阳辐射，建筑物与周围物体和天 空的长波辐射在这里是不可忽视的，否则可能导 致热负荷计算偏低。 上述式中的长波辐射QL也可称为夜间辐射或有 效辐射。若仅考虑墙体对天空的大气长波辐射和 对地面的长波辐射，则通常可由下式估算： 4 4 QL b w xsky xg g Tw xskyTsky xg gTg4 由于影响角系数x的因素很多，x很难求出，故 长波辐射QL往往采用经验值。最常见的取值方法 为： 对于垂直表面近似取QL=0 对于水平表面取QL/αout=3.5～4.0º C
第一节 太阳辐射对建筑物的热作 用
一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热
半透明物体的总吸收率为： 1 r 0 1 r r n 1 0 n 1 r 1 n 0 半透明物体的总反射率为： 2 2 1 r r r 1 0 1 r r 2 n 1 0 2 n r 1 1 1 r 1 n 0 半透明物体的总透射率为： 2 1 1 r glass 1 0 1 r r 2 n 1 0 2 n 1 r 1 n 0 其中：α0指射线单程穿过半透明体的吸收率；r 为空气-半透明薄层分界面的反射百分比，其值与 射线的入射角和波长有关，也与介质的性质即折 射指数n有关。
0 0 0 2 2 2 0 2 0 2 2 0 2
第一节 太阳辐射对建筑物的热作用
一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热
当阳光照射到两层半透明薄层时，其总透射率、总反射 率以及各层的总吸收率可用类似方法求出： n glass 1 2 1 2 1 总透射率为：
建筑环境中的热湿环境课件
（二）通过玻璃窗的 得热
一方面由于阳光的透射； 另一方面由于室内外存在 温度差 （1）通过玻璃板壁的传 热量 按稳态计算： 公式： （2）透过玻璃窗的太阳辐 射得热
（三）墙体、屋顶等建筑构件的传热 过程，可看作非均质板壁的一维不 稳定导热过程
墙体的传热量与温度对外扰的响应
结论： 1.温度波幅的衰减；时间的延迟； 2.当室外温度有所变化时，围护结构外表 面、围护结构本身各部位和内表面的温度 变化比室外空气温度的变化时间上有所滞 后。 距外表面距离越远，滞后的时间就越 长。
结论：围护结构的表面越粗糙，颜色越深， 吸收率越高，反射率越低。
2.半透明物体在太阳照射时
半透明物体对不同波长的太阳辐射的吸收， 反射和穿透有选择性。 结论：玻璃对可见光和波长为3μm以下的 短波红外线来说几乎是透明的，但却能有 效地阻止长波红外线辐射 玻璃属于半透明体：
二.室外空气综合温度
§4-3 建筑围护结构的热湿传递
一.通过围护结构的显热得热 二.通过围护结构的湿传递
一.通过围护结构的显热得热
包括两方面： 通过非透明围护结构的热传导； 通过玻璃窗的日射得热。 （一）通过非透明围护结构的热传导 非透明围护结构的传入室内的热量来源 两方面: 1.室外空气与围护结构外表面之间的对流 换热; 2.太阳辐射通过墙体导热传入的热量。
W ( Pb Pa ) F B0 B
式中： Pｂ—水表面温度下的饱和空气的水蒸汽 分压力 Pａ—空气中的水蒸汽分压力 B—当地实际大气压； F—水表面蒸发面积； —蒸发系数；=0+3.63×10－8v
（2）若蒸发过程是一个绝热过程， 则室内的总得热量并没有增加。空气 向水传递的热量为 Q=F（tr－trs） 式中：tr、trs －分别为空气干球温度、湿 球温度 这些热量全部用于水分的蒸发，湿地 面的散湿量为： W=Q/r 式中，r—水的汽化潜热，2450kJ/kg； W=0.006(tr－trs)F kg/h
建筑热湿环境
边界条件：
a( x)
x2
x
x
out [tout ( ) t(0, )] Qsolar QL
in[t( , ) tin ( )] Ql
(
Qsh
x)
t
x
|
(
x0
x)
t x
|x
t (x,0 ) = f (x)
其中内表面长波辐射：
有热源湿表面：水分被加热蒸发，向空气加入了显热 和潜热，显热交换量取决于水表面积
无热源湿表面：等焓过程， 室内空气的显热转化为潜热
蒸汽源：可仅考虑潜热交换
38
人体散热散湿
见第五章！
39
空气渗透带来的得热
夏季：室内外温差小，风压是主要动力 冬季：室内外温差大，热压作用往往强于
可见光
近红外线 长波红外线
0.8
普通玻璃的光谱透过率
6
太阳辐射在玻璃中传递过程
将具有低发射率、高红 外反射率的金属（铝、 铜、银、锡等），使用 真空沉积技术，在玻璃 表面沉积一层极薄的金 属涂层，这样就制成了 Low-e (Low-emissivity) 玻璃。对太阳辐射有高 透和低透不同性能。
风压，造成底层房间热负荷偏大。因此冬 季冷风渗透往往不可忽略。 理论求解方法：网络平衡法，数值求解
《流体网络原理》课程将介绍 参考文献：朱颖心， 水力网络流动不稳定过程
的算法，《清华大学学报》, 1989年, 第5期
工程应用：缝隙法、换气次数法
40
网络平衡法原理
节点平衡：AG＝0 回路压力平衡：B P＝0
将内边界条件线性化，则可利用线性叠加压 力将气象与室内气温的影响与其它部分分离
例析湿热地区传统民居建筑节能
例析湿热地区传统民居建筑节能1 我国建筑节能现状据有关资料统计，建筑能耗约占社会总能耗的1/3，我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消耗量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%，上升到近年的27.45%，而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右[1]。
同时，中国的城镇化率将从2008年的46.4%上升到2050年的75%[2]。
建筑业空前发展，房屋建成面积逐年增加，建造了大量的高耗能建筑，预计2020年，全国高耗能建筑面积将达到700亿平方米，建筑节能问题迫在眉睫。
2 巴渝湿热地区的气候特征及传统建筑的气候适应性2.1 巴渝湿热地区的气候特征“春早气温不稳定，夏长酷热多伏旱，秋凉绵绵阴雨天，冬暖少雪云雾多。
”这就是重庆典型的气候特点，可以用三个词来概括：高湿、高温、风缓。
高湿，即其降雨充沛，多秋雨夜雨，空气潮湿，年平均相对湿度达80%左右，是全国高湿地区。
高温，是指重庆气候属亚热带季风性湿润气候，冬暖夏热，在我国建筑热工设计分区中重庆属夏热冬冷地区[3]。
年平均气温在18℃左右。
冬季最低气温平均在6℃-8℃之间，夏季最高气温平均在27℃-29℃之间。
因山地地形的屏蔽作用，夏季气候闷热，且热空气不易散出，成为长江三大“火炉”之一。
风缓，是由于重庆三面环山导致，全年主导风向在北向至西北向之间，常年平均风速在每秒0.6米到2.1米之间，且多数地方在每秒1米左右，是全国风速最小的地区之一。
2.2 传统民居建筑的气候适应性1）“负阴抱阳，背山面水”。
这是传统民居建筑选址布局的原则，“负阴”与“抱阳”可以形成热压通风，南向建筑能享有充足的阳光；“背山”，建筑后的高山树木葱郁能阻挡冬季的寒风，降低夏季的室外温度；“面水”，水陆风有利于建筑的通风散热，在闷热的夏季，凉爽的水陆风能为人们提供舒适的环境。
2）聚落布局。
在重庆湿热地区民居建筑多紧靠在一起，夏季可减少外墙和屋顶受热的面积，从而减少建筑的太阳辐射热；冬季则能减少热散失，起到保温的作用。
建筑热环境
建筑热环境热环境绪论●建筑物和它所处的城市环境常年受到各种气候因素的作用，诸如风、霜、雨、雪、太阳辐射等，一般统称为建筑气候的热湿作用。
建筑物外围护结构又将人们的生活与工作空间分为室内和室外两部分，因而，建筑热环境也就分为室内热环境和室外热环境。
在建筑物经受室内外各种热环境因子的作用时，属于室外的因素如太阳辐射、空气的温湿度、风、雨雪等，一般称之为“室外热湿作用”；属于室内的如空气温湿度、生产和生活散发的热量与水分等，则称之为“室内热湿作用”。
人们为了营造所需要的建筑和城市热环境，就必须从建筑气候环境的变化规律出发考虑相应的对策。
因此，建筑气候环境的热湿作用是建筑工程设计和城市规划设计的重要依据，它不仅直接影响工程设计的热环境质量，也在很大程度上影响建筑和城市的可持续发展。
●建筑热工学的任务是介绍建筑热工学原理，论述如何通过建筑规划和设计上的相应措施，有效地防护或利用室内外环境的热湿作用，合理解决建筑和城市设计中的防热、防潮、保温、节能、生态等问题，以创造可持续发展的人居环境。
当然，在大多数情况下，单靠建筑措施是不能完全满足对室内外热环境的要求的。
为了获得合乎标准的室内外热环境，往往需要配备适当的设备，进行人工调节。
如在寒冷地区设置采暖设备，在炎热地区采用空调通风设备等等。
但须注意的是，只有首先充分发挥各种建筑措施的作用，再配备一些必不可少的设备，才能做出技术上和经济上都合理的设计。
●建筑气候环境的基本特征、围护结构传热传湿的基本原理和计算方法是建筑热工学的中心内容。
同时还必须了解材料的热物理性能，重视构造处理的技能，才能正确解决实际的设计任务。
●本篇内容着重介绍一般工业与民用建筑的热工设计，包括建筑保温设计、防潮设计、防热设计和建筑节能设计等。
对于某些特殊用途的房间(如高湿、恒温恒湿房间等)的热工设计，除须应用本篇所述的内容以外，还得参阅有关的专著和文献。
第一讲建筑与气候1.1室外热环境●室外热环境是指作用在建筑外围护结构上的一切热物理量的总称；是室外气候的组成部分，是建筑设计的依据；建筑外围护结构的主要功能即在于抵御或利用室外热环境的作用。
01建筑热环境解析
温度梯度： 温度差△t与沿法线方向两个等温面之间距离△n的比 值的极限。
热流密度（热流强度）：
单位时间内，通过等温面上单位面积的热量，单位为w/m²。
热环境
室外热环境（室外热气候）
太阳辐射、气温、湿度、风、降雨
（一）太阳辐射
⒈太阳辐射能是地球上热量的基本来源，是决定 室外热环境的主要因素。 ⒉太阳辐射的组成：到达地球表面的太阳辐射分 两个部分，一部分是太阳直射到地面的部分， 称直射辐射；另一部分是经过大气层散射后到 达地面的部分，称为散射辐射。 ⒊影响太阳辐射照度的因素：大气中射程的长短、 太阳高度角、海拔高度、大气质量
传热的基本方式
导热(热传导)
导热系数的影响因素: 材质、干密度、含湿量（解释这几个名词） 材质对导热的影响:λ 值小于0.3W/(m·k)材料称为绝热 材料,可作保温、隔热之用，以充分发挥其材料的特性。 干密度对导热的影响：干密度越大导热性越好，即λ 越大 （最佳干密度的概念） 含湿量：含湿量加大则导热系数值增大。
（一）决定室内热环境的物理客观因素
室内空气温度、空气湿度、室内风速及壁面的平均辐射温度。室内热环境还 受室外热环境、室内热环境设备（空调、加热器）、室内其它设备（如灯 具、家用电器）的影响。
（二）室内热环境评价方法
⒈单一指标：使用室内空气温度作为热环境评价指标。 特点：简单、方便、但不完善。 ⒉有效温度EP: (Effective Temperature) 特点：使用简单、不同环境和空调方案进行比较时得到了广泛的应用。 缺陷：没有考虑热辐射变化的影响。 ⒊ PMV指标: (Predicted Mean Vote) 迄今为止考虑人体热舒适感诸多因素最全面的评价指标。将人体感觉分为 7个等级。
（四）风
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y = -0.0192x2 + 1.0459x - 13.321 R² = 0.933
城市自然通风 城市分体空调 农村自然通风
30 35 空气温度（℃）
40
使用风扇环境
六月和十月
100%
湿度与辐射条件
室内ET*上限 城市自然通风31.6º C 城市分体空调31.0º C 农村自然通风33.0º C
湿热地区建筑热环境
张宇峰，华南理工大学建筑学院
中国热工设计分区
1
严寒
寒冷 夏热冬冷 温和
夏热冬暖（湿热）
广州
汇报提纲
人体热适应机理 节能计算参数 设备设计参数 建筑热环境智能控制
国家自然科学基金资助（50708038，50838003） 亚热带建筑科学国家重点实验室课题资助
人体热适应
季节习服—心率
90 夏季 冬季
自然通风
90
夏季 冬季
分体空调
y = 0.906x + 55.26 R² = 0.896
80 心率 (次/min)
心率 (次/min)
y = 0.989x + 47.10 R² = 0.917
80
y = 0.799x + 52.28 R² = 0.899
自然通风环境
三月，四月，十月，十一月，十二月 0.80 0.70
城市自然通风： 0.26±0.06m/s 城市分体空调： 0.09±0.04m/s 农村自然通风： 0.35±0.32m/s
空气流速（m/s）
风速
0.60 0.50 0.40 0.30
城市自然通 风
0.20 0.10 0.00
10 15 20 25 空气温度（℃） 30 35
农村自然通风： 23~39º C，7%/º C
15
20
25 （℃） 30 ET*
35
40
45
使用风扇环境
六月和十月
0.8 0.7 空气流速（m/s） 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 20 25 30 35 空气温度（℃） 40 y = 0.0498x - 1.0221 R² = 0.357 城市自然通风 城市分体空调 农村自然通风
风速
0.05m/s/º C
使用风扇环境
六月和十月
100% 80%
可接受温度上限
城市自然通风30.0º C
城市分体空调29.3º C 农村自然通风32.0º C
热可接受百分比
60% 40% 20% 0% 20 25
y = -0.0133x2 + 0.6983x - 8.2298 R² = 0.710
设定值
相对湿度（%）
80 70 60 50 40 30 20 20 22 24
26.1
60
客厅 卧室 寝室
温度26.1±1.7º C 湿度60±11%
26 28 室温（º C）
30
32
34
结论
环境 可接受温度范围 条件 改善室内湿度和辐射条件可进一步 提高温度上限1℃ 改善室内湿度和辐射条件可进一步 提高温度上限1~2℃ 启动条件温度29.8±1.5℃，湿度 73±9%。室内相对湿度保持在 50%-70% 自然通风 城市自然通风18.9-28.9º C 环境 城市分体空调18.7-28.8º C 农村自然通风16.3-30.7º C 使用风扇 城市自然通风≤30.0ºC 环境 城市分体空调≤29.3ºC 农村自然通风≤32.0ºC 使用分体 24-28℃ 空调环境
热可接受百分比
63%，室温+0.8º C
80% 60% 40% 20% 0% 10 15
y = -0.0078x2 + 0.395x - 4.0051 R² = 0.647 y = -0.0041x2 + 0.2076x - 1.6648 R² = 0.827
调节湿度、辐射， 可提高温度上限 1º C
结论
全年的室内热经历在人体热感觉的形成上发挥重要作用， 偏热季节里较热的室内热经历，会带来较高的热中性温 度、较低的热敏感度和偏热环境下较低的热感觉； 受文化和环境认知影响，农村人的热环境期望较城市人 低，对偏凉和偏暖环境的热满意度高。
参考文献： Zhang Y, Chen H, Wang J, et al. Thermal comfort of people in the hot and humid area of China - impacts of season, climate and thermal history. Indoor Air. Online published. Zhang Y, Zhang Z, Jin L. Thermal comfort of people in rural areas of the hothumid region of China. Indoor Air 2016.
-3
26.4
27.1
15
20
25 SET (º C)
30
35
文化影响—不满意百分比
与城市受试者相比，农 村受试者
100 不满意百分比（%） 80 60 40 20 0 -3
y = 18.34x2 + 7.18x + 2.508 R² = 0.983 y = 9.832x2 + 0.219x + 0.026 R² = 0.913
调节湿度、辐射，可 提高温度上限1~2º C
使用分体空调环境
六月~九月
100 90 相对湿度（%） 80
73
启动点
客厅 卧室 寝室
开启条件
70 60 50 40 30 24 29
29.8
温度29.8±1.5º C
湿度73±9%
室温（º C）
34
39
使用分体空调环境
六月~九月
100 90
设定点
气候习服—皮温
36 35 C) 皮温 (º 本研究 两节点模型
R² = 0.99054
与温带受试者相比，亚 热带受试者
34 33
在低温工况偏低1.3-1.9º C 在高温工况偏低0.3-0.8º C
32
31 30 29 15 20 25 SET (º C) 30 35
R² = 0.98
气候习服—皮肤湿润度
自然通风人群开始晚 （15º C），增长快 （33%/10º C）
60%
50% 40% 30% 20% 10% 0% 10
城市自然通风 城市分体空调 农村自然通风
15
20 25Leabharlann 空气温度（℃）3035
自然通风环境
三月，四月，十月，十一月，十二月 1.4 1.2 服装热阻（clo）
调整服装
自然通风环境
三月，四月，十月，十一月，十二月
100%
可接受温度范围
80% 热可接受百分比 60% 40% 20% 0% 10 15
y = -0.0072x2 + 0.3457x - 3.1569 R² = 0.557 y = -0.0047x2 + 0.2272x - 1.7984 R² = 0.711
70
y = 0.740x + 46.45 R² = 0.886
70
60
60
50 15 20 25 SET (º C) 30 35
50 15 20 25 SET (º C) 30 35
夏季偏低（8次/min）
夏季偏低（6次/min）
季节习服—皮肤湿润度
0.4 夏季 冬季
自然通风
0.4
夏季 冬季
分体空调
农村 城市
热中性时接近 偏冷时低至13%，偏热 时低至40% 可接受温度下限扩展 0.5º C，上限扩展1.6º C
-2
-1
0 热感觉
1
2
3
结论
湿热地区人群的季节热习服显著，表现为夏季比冬季心 率低、皮肤湿润度高，季节热习服对心理反应无显著影 响； 气候热习服显著，表现为高温工况下亚热带受试者比温 带受试者的皮温和皮肤湿润度低，气候热习服对心理热 反应无显著影响；
热可接受百分比
63%，室温+0.8º C
80% 60%
y = -0.0114x2 + 0.6278x - 7.7244 R² = 0.654
y = -0.0224x2 + 1.2897x - 17.635 R² = 0.959
40%
20% 0% 20 25 城市自然通风 城市分体空调 农村自然通风 30 ET*（℃） 35 40
3 2 1 热感觉 0 -1 -2
自然通风 分体空调
y = 0.296x - 7.831 R² = 0.986
热经历在夏季、过渡季较 热，冬季相同 热感觉在高温工况偏低， 低温和中性工况接近 热中性温度偏高0.7º C 可接受温度上限扩展0.9º C
y = 0.247x - 6.73 R² = 0.989
现场调研
2008-2015 主观问卷+物理测试 城市（广州）：13栋自然 通风+19栋分体空调建筑， 92 人，3403份原始数据 农村（广东）：近200座 自然通风民宅，400人， 1528份原始数据
自然通风环境
三月，四月，十月，十一月，十二月 80%
开窗
窗开启率
70%
分体空调人群开始早 （14º C），增长慢 （25%/10º C）